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文檔簡介
1、<p> 方波-三角波產(chǎn)生電路</p><p><b> 一、技術指標</b></p><p> 方波-三角波產(chǎn)生電路,要求方波和三角波的重復頻率為500Hz,方波脈沖幅度為6-6.5V,三角波為1.5-2V,振幅基本穩(wěn)定,振蕩波形對稱,無明顯非線性失真。</p><p> 二、設計方案及其比較</p><
2、p> 采用電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波。其中電壓比較器產(chǎn)生方波,對其輸出波形進行一次積分產(chǎn)生三角波,該電路的優(yōu)點是十分明顯的:</p><p> 1、線性良好,穩(wěn)定性好;</p><p> 2、頻率易調(diào),在幾個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi),可以方便的連續(xù)的改變頻率,而且頻率改變時,幅度恒定不變;</p><p> 3、三角波和方波在半周期內(nèi)是時間的線性
3、函數(shù),易于變換其他波形。</p><p> 因此本實驗采用同相遲滯電壓比較器和積分器同時產(chǎn)生方波和三角波的方案。</p><p> 2.1.1方波產(chǎn)生電路:</p><p> 方波產(chǎn)生電路是一種能夠直接產(chǎn)生方波或矩形波的非正弦信號發(fā)生電路。利用施密特觸發(fā)器,再增加少量電阻、電容原件,由于方波或矩形波的頻率成分非常豐富,含有大量的諧波,該方波發(fā)生器常稱為多諧振蕩
4、器,如圖1所示,R和C組成的積分負反饋電路。</p><p> 圖一:基本方波產(chǎn)生電路</p><p> 圖二:雙向限幅的方波產(chǎn)生電路</p><p><b> 方波產(chǎn)生工作波形:</b></p><p> 該發(fā)生器具有負反饋和正反饋,其中電路的正反饋系數(shù)為:</p><p><b&
5、gt; ........①</b></p><p><b> 有關參數(shù)計算:</b></p><p> 周期: </p><p> 頻率: </p><p> 幅值: </p><p> 2.1.2
6、三角波發(fā)生器</p><p> 矩形波經(jīng)過積分就變成三角波。它是在遲滯比較器的基礎上,增加了一個由R C組成的積分電路,把輸出電壓經(jīng)過R C反饋到比較器的反相端.在比較器的輸出端引入限流電阻R和兩個背靠背的雙向穩(wěn)壓管就組成了雙向限幅房波發(fā)生電路.由于比較器中的運放處于正反饋狀態(tài),因此一般情況下,輸出電壓V0與輸入電壓V1不成線性關系,只有在輸出電壓V0發(fā)生跳變瞬間,集成運放兩個輸入電壓才可近似等于零即Vid
7、=0或Vp=Vn=V1是輸出電壓V0轉換的臨界條件。即Vid=0或Vp=Vn=V1是輸出電壓V0轉換的臨界條件。</p><p> 三角波發(fā)生器工作波形:</p><p><b> 2.2方案一</b></p><p> 圖三:三角波發(fā)生電路1</p><p><b> 有關參數(shù)計算:</b>
8、;</p><p> 周期: </p><p> 頻率: </p><p> 幅值: </p><p> 2.3方案二
9、 </p><p> 圖四:三角波產(chǎn)生電路2</p><p><b> 有關參數(shù)計算:</b></p><p> 周期: </p><
10、;p> 頻率: </p><p> 幅值: </p><p><b> 2.4方案比較</b></p><p> 根據(jù)原理兩個方案的原理圖可知,兩種方案均能夠達到實驗要求。具體區(qū)別是方案一采用RC振蕩和部分正反饋使電路持續(xù)不斷的產(chǎn)生方波以及三角波,二方案二整個電路采用積分
11、電路而替代了RC使之能夠產(chǎn)生方波以及三角波。這種方法在實際中比較可行。在此基礎上在兩個運放的輸出端加上發(fā)光二級管和限流電阻,使得在電路的調(diào)試,排查錯誤的過程更加方便。</p><p><b> 實現(xiàn)方案</b></p><p> 圖五:實現(xiàn)方案使用的電路</p><p><b> 3.1元件清單:</b></p
12、><p> 電阻 : R1 3.3k</p><p><b> R2 10K</b></p><p><b> R3 1k</b></p><p><b> R4 5.1k</b></p><p><b> R5 3k&l
13、t;/b></p><p><b> RV1 10k</b></p><p> 集成模塊: LM324 2個 </p><p> 電容: 47 uf 1個</p><p> 穩(wěn)壓管: 2個</p><p> 導線:
14、若干</p><p> 面包板: 1個 </p><p><b> 關于LM324:</b></p><p> LM324器件為帶有真差動輸入的四運算放大器每一個封裝四個放大器,該放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下,低輸入偏置電流,最大100納安。具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?lt;/p><
15、;p> 圖六:LM324引腳圖</p><p> 3.2原理及工作工作過程</p><p><b> 原理:</b></p><p> 運算放大器可以和兩個電阻構成同向輸入施密特觸發(fā)器,由此可產(chǎn)生穩(wěn)定的方波,運算放大器可以喝RC構成積分電路,二者形成閉合的回路,即可構成方波-三角波發(fā)生器。</p><p>
16、 因為矩形波電壓只有兩種狀態(tài),不是高電平就是低電平,所以電壓比較器是它的重要部分,選擇LM324來實現(xiàn)電路,并在反向輸出端加上平衡電阻,抑制溫度漂移。電路由正相輸出的滯回比較器和RC組成,RC回路既作為延遲回路,又作為反饋環(huán)節(jié),通過RC的充放電實現(xiàn)電路的自動轉換。而在實現(xiàn)電路中是將RC充放電路用積分電路替代。滯回比較器的輸出以及積分電路的輸出互為另一個電路的輸入。</p><p><b> 工作工程
17、:</b></p><p> 電壓比較器在是翻轉,從低電平跳到高電平,或者從高電平跳到低電平。高電平是,低電平是,由于三角波的輸入是比較器的輸出,所以,比較器的閾值可得三角波的輸出為:</p><p><b> ........①</b></p><p> 由于上升到幅值需要的時間為T/4,所以有積分器的原理可得三角波的幅值為
18、:</p><p><b> ........②</b></p><p><b> 可得三角波的周期:</b></p><p><b> ........③</b></p><p><b> 有關參數(shù)計算:</b></p><p
19、><b> 各元件作用:</b></p><p> R4與R5:平衡電阻</p><p> C1與RV1:決定積分時間常數(shù)。</p><p> R1與R2:R1與R2的比值決定運算放大器的觸發(fā)翻轉電平,決定三角波的輸出幅度。</p><p> D1與D2:雙向穩(wěn)壓管,限制和穩(wěn)定方波的幅度。</p&g
20、t;<p><b> 調(diào)試過程及結論</b></p><p> 4.1.1安裝方波-三角波電路</p><p> ?。?)把兩塊LM324集成塊插入面包板中。</p><p> ?。?)分別把各電阻放入適當位置。</p><p> ?。?)按圖接線,注意運放的4端和11端要接電源,以及接地線的布置。&l
21、t;/p><p> 4.1.2調(diào)試方波-三角波電路</p><p> ?。?)接通電源后,用示波器進行觀察。</p><p> ?。?)觀察示波器,出現(xiàn)正確波形后,調(diào)節(jié)使之達到要求的周期。</p><p><b> 注意事項:</b></p><p> 把兩部分的電路接好,進行整體測試和觀察。&
22、lt;/p><p> 針對和階段出現(xiàn)的問題,逐個排查校檢,使其滿足實驗要求。使其產(chǎn)生方波和三角波。</p><p> 由于電壓比較器與積分器組成正反饋閉環(huán)電路,同時輸出方波和三角波,故這兩個單元電路可以同時安裝。需要注意的是,安裝電位器之前要將其調(diào)整到設計值,否則,電路可能不起振。如果電路接線正確,則在接通電源后,比較器的輸出為方波,積分器的輸出為三角波,使方波的輸出幅度滿足設計指標要求,
23、則輸出頻率可調(diào)。</p><p> 按設計圖安裝好電路,穩(wěn)壓電源輸出的+12V接到集成運放324的7腳,-12V接到集成運放324的4腳。</p><p><b> 4.2 結論</b></p><p> 經(jīng)過調(diào)試后,會出現(xiàn)完整的波形圖。經(jīng)過分析知道,方波的波形開始時有少量失真,隨著電路的逐漸穩(wěn)定,失真基本上消除。并且方波輸出的幅值為6V
24、,基本上符合設計要求.</p><p> 三角波的波形只有少量失真,幅值可達到要求的1.5-2v,而周期可以通過電位器的調(diào)節(jié)使之達到要求的0.02s.可認為符合要求。</p><p> 而所有信號產(chǎn)生的頻率都與方波和三角波產(chǎn)生模塊所設置的頻率一致。</p><p> 可認為此次設計符合均要求。</p><p><b> 圖七
25、:方波波形</b></p><p><b> 圖八:三角波波形</b></p><p><b> 心得體會</b></p><p> 這個學期學習了很多有關模電的課程,包括模電,模電實驗,電子線路輔助設計以及關于模電的課程設計。足以見得模電的重要性。在對于理論知識的學習中,對于我還是有些難度的,但是通過模
26、電實驗以及protues軟件的學習,加強了對理論知識的應用,得出一些結論,有助于記憶。這次課程設計選擇了方波-三角發(fā)生器,是比較簡單的。因為模電課本上有示例電路以及對應的原理講解,在理解方面比較容易。但是設計出不同的電路還是有一些難度的,由于課本上的實例在某些方面限制了創(chuàng)新,所以我設計的兩個不同的電路在一定程度上是有些雷同的。</p><p> 在面包上連線的時候是自己親手連的,最開始的時候對面包板的特性還不夠
27、深入了解,連錯了電路,還有因為設計布局不夠合理,也重新練了一次。特別是在連接導線的時候,要先側臉好導線的長度,然后用剪刀剪短的時候要多留出一截,再將絕緣層剝開的時候留出的腳要足夠長可以固定好導線。以免碰撞彈出面包板,造成接觸不良。必須使連線在集成電路周圍通過,不允許跨接在集成電路上,也不得使導線互相重疊在一起,盡量做到橫平豎直,這樣有利于查線,更換元器件及連線。 因此在連接之前要先做好布局,使電路電路盡量看起來簡單明了,也便于檢查電路。
28、在開始接通電源驗證的時候,由于示波器不是很好使用,過程中要有耐心。</p><p> 最后在完成報告的時候運用的protues進行電路的繪圖,熟悉了軟件,讓所學的只是得到了應用。用函數(shù)編輯器編輯了函數(shù),這是以前沒有機會用到的,學習了Word的新功能。</p><p><b> 附錄:</b></p><p><b> 實現(xiàn)電路
29、布線圖:</b></p><p> 圖九:測試電路布線圖</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> [1] 吳友宇.模擬電子技術基礎.北京:清華大學出版社,2009.5</p><p> IBSN 978-7-302-18702-8</p><p> [2
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